Лекция.14

Тема– Переходные процессы ДВС

Содержание: Режимы пуска ЭУ. Процессы наброса и сброса нагрузки.

Методы улучшения переходных процессов.

Работа тепловозных дизелей в условиях эксплуатации характе­ризуется частыми и резкими изменениями скоростных и нагру­зочных режимов. Эти изменения определяются скоростью движе­ния поезда, профилем пути, массой состава, направлением и силой ветра, временем года и суток. Каждое изменение нагрузки сопро­вождается переходным процессом в двигателе.

Переходнымназы­вается процесс перехода из одного установившегося состояния в другое под влиянием управляющих или возмущающих воздейст­вий. Совокупность переходных процессов, следующих один за дру­гим, называют неустановившимися режимами.

В зависимости от характера и величины изменения нагрузки и частоты вращения коленчатого вала переходные процессы можно разделить на два типа:

I - переходные процессы, связанные с значительными измене­ниями нагрузки и частоты вращения коленчатого вала при пере­водах рукоятки контроллера машиниста из одного положения в другое;

II - переходные процессы, связанные с колебаниями нагрузки при неизменном положении рукоятки контроллера. Такие колеба­ния возникают в связи с изменениями внешних условий или мощно­сти вспомогательных агрегатов силовой установки тепловоза (включение или выключение тормозного компрессора, вентилято­ров и т. д.).

Переходные процессы I типа возникают из-за изменения усло­вий вождения, которые требуют изменения скоростного и нагрузочного режима двигателя путем перемещения рукоятки контрол­лера. Процессы II типа обуслов­лены изменениями внешних усло­вий, приводящих к возникнове­нию незначительных несоответ­ствий в системе силовая установ­ка-потребитель, которые коррек­тируются системой автоматичес­кого регулирования (САР) час­тоты вращения и мощности дви­гателя без вмешательства маши­ниста и не играют существенной роли в ухудшении технико-эконо­мических показателей. Анализ результатов исследо­ваний переходных процессов по­казывает, что индикаторные и эффективные параметры работы двигателя значительно отличают­ся от их значений при соответст­вующих установившихся режи­мах. При одинаковых цикловых подачах топлива на установив­шемся и неустановившемся режимах, связанных с ростом нагрузки, на последнем достигаются меньшие мощности. Уменьшение мощности не неустановив­шихся режимах приводит к существенному росту удельного расхо­да топлива . Низкая экономичность и повышенная дымность выпускных газов при переходных процессах, связанных с повышением нагрузки, являются результатом неудовлетворитель­ного протекания индикаторного процесса, о чем свидетельствует резкое снижение индикаторного к. п. д. h_i. Величина h_i зависит от большого числа факторов. Однако главными факторами, определяющими снижение h_i при переход­ных процессах, являются:

а) падение коэффициента избытка возду­ха от a³2 до a=1¸1,2;

б) ухудшение смесеобразования;

в) уве­личение периода задержки воспламенения топлива t_i;

г) увеличен­ный теплоотвод в стенки цилиндра, обусловленный высокими температурами газа и низкими температурами стенок.

Кроме несо­вершенства системы воздухоснабжения, отрицательное влияние на а оказывает также несовершенство системы автоматического регулирования двигателя, не имеющей в большинстве случаев коррекции подачи топлива от давления наддува. Ухудшение смесеобразования, приводящее к низким локальным а, объясняется также нарушением динамики газообмена, уменьше­нием скоростей воздуха во впускных органах, влияющих на интен­сивность вихревого движения заряда в цилиндре. Это особенно важно для двигателей, в которых интенсивность вихревого движе­ния является решающим фактором в обеспечении качественного смесеобразования. Кроме того, на смесеобразование отрицательно влияет ухудшение испарения топлива из-за пониженных темпера­тур наддувочного воздуха и поверхностей, образующих камеру сгорания. Увеличение периода задержки воспламенения при неиз­менном угле опережения впрыскивания топлива приводит к пере­носу фазы основного горения на ход расширения и догоранию на выпуске, что снижает- h_i.

Относительная продолжительность переходных процессов в экс­плуатации (по отношению ко всему времени работы) по данным ряда исследователей составляет для дизель-генераторов маги­стральных тепловозов 5-20%, для маневровых 25-40%. Эти данные получены при учете переходных процессов I типа, которые приводят к наиболее существенному ухудшению h_i; с учетом пере­ходных процессов II типа их продолжительность увеличится. Таким образом, значительная продолжительность переходных процессов в эксплуатации и низкая экономичность их протекания обусловливают их отрицательное влияние на среднеэксплуатационный к.п.д. силовой установки. Кроме того, переходные про­цессы снижают долговечность и надежность двигателя из-за уско­ренного закоксовывания выпускного тракта и проточной части турбины в результате неполного сгорания топлива, повышенных амплитуд температурных колебаний поверхности деталей цилиндро-поршневой группы. Поэтому в нашей стране и за рубежом ведутся разработки и исследования мероприятий, направленных на со­вершенствование переходных процессов. На рис14.1 приведены кривые изменения основных параметров дизеля 10Д100 от времени переходных процессов с ) до 15 позиции.

Рисунок 14.1- Изменение основных пара­метров работы двигателя 10Д100 при переводе рукоятки контроллера с нулевой на 15-ю позицию

Основные направления совершенствования переходных процессов:

1. Оптимизация зависимости a=¦ (t) за счет совершенствования системы автоматического регулирования (САР).

2. Оптимизация зависимости a=¦ (t) путем улучшения системы воздухоснабжения;

3. Совершенствование рабочего цикла дизеля за счет выбора
наиболее рациональной формы камеры сгорания и улучшения процесса смесеобразования.

Контрольные вопросы:

1.Какие режимы работы ДВС называются – неустановившимися режимами ?

2. На какие типы делятся переходные процессы, приведите примеры?

3. Дайте определение понятию нагрузочная характеристика ДВС?

4. Дайте определение понятию генераторная характеристика ДВС?

5. Какие основные эксплуатационные факторы влияют на экономичность двигателя?

6. Как влияют переходные режимы на рабочий процесс двигателя?

7. Какие факторы определяют снижение индикаторного к.п.д при переходных процессах?

8.Какие основные направления совершенствования переходных процессов.